JP2013076387A

JP2013076387A - Reciprocating engine

Info

Publication number: JP2013076387A
Application number: JP2011217813A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Bando; 茂坂東
Original assignee: Bando Kiko Co Ltd
Current assignee: Bando Kiko Co Ltd
Priority date: 2011-09-30
Filing date: 2011-09-30
Publication date: 2013-04-25
Anticipated expiration: 2031-09-30
Also published as: JP5569496B2

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a reciprocating engine in which the local wear of the inside surface of a cylinder caused by the sliding of a partitioning member thereon can be reduced.SOLUTION: The reciprocating engine 1 includes; ring grooves 7, 8; piston rings 9, 10; a partition means 14 for partitioning a space 11 between the piston rings 9 and 10 into a thrust-side space 12 and an antithrust-side space 13; and a communication means 16 for making the thrust-side space 12 communicate with a combustion chamber 15. The partition means 14 includes at least one pair of partitioning members 40, 41 arranged between the piston rings 9 and 10. Each of the partitioning members 40, 41 is inclined toward the X direction so that one end 82 of the piston 3 in the X direction is positioned at the thrust or antithrust side of the other end 81 of the piston 3 in the X direction.

Description

本発明は、爆発膨張行程において、ピストンに作用する側圧に対抗して、ピストンを高温高圧燃焼ガスによって支持（ガス圧フロート）し、ピストンとシリンダとの摩擦抵抗を減少させた往復動エンジンに関する。 The present invention relates to a reciprocating engine in which the piston is supported by high-temperature and high-pressure combustion gas (gas pressure float) against the side pressure acting on the piston in the explosion and expansion stroke, and the frictional resistance between the piston and the cylinder is reduced.

例えば、特許文献１では、ピストンの往復動方向で互いに隣接して配されており、ピストンの側面に形成されている第一及び第二のリング溝と、第一及び第二のリング溝に夫々嵌入された第一及び第二のピストンリングと、第一及び第二のピストンリング間の空間を、スラスト側の空間及び反スラスト側の空間に区画する区画手段と、スラスト側の空間を燃焼室に連通させる連通手段とを具備しており、区画手段は、第一及び第二のピストンリング間に設けられた少なくとも一対の区画部材を具備している往復動エンジンが提案されている。 For example, in Patent Document 1, the first and second ring grooves and the first and second ring grooves, which are arranged adjacent to each other in the reciprocating direction of the piston and formed on the side surface of the piston, are respectively provided. The inserted first and second piston rings, partition means for dividing the space between the first and second piston rings into a thrust side space and an anti-thrust side space, and the thrust side space into the combustion chamber A reciprocating engine is proposed in which the communicating means includes at least a pair of dividing members provided between the first and second piston rings.

国際公開第２００４／００１２１５号International Publication No. 2004/001215

ところで、斯かる往復動エンジンでは、ピストンの往復動に伴って区画部材がシリンダの内面に対して摺動するために、区画部材に当接するシリンダの内面が局所的に摩耗する虞がある。 By the way, in such a reciprocating engine, since a partition member slides with respect to the inner surface of a cylinder with the reciprocation of a piston, there exists a possibility that the inner surface of the cylinder which contact | abuts a partition member may be worn locally.

本発明は、前記諸点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ピストンの往復動において、区画部材によるシリンダの内面の局所的な摩耗を低減することができる往復動エンジンを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described points, and an object of the present invention is to provide a reciprocating engine capable of reducing local wear on the inner surface of a cylinder due to a partition member during reciprocating movement of a piston. There is to do.

本発明の往復動エンジンは、ピストンの往復動方向で互いに隣接して配されており、ピストンの側面に形成されている第一及び第二のリング溝と、第一及び第二のリング溝に夫々嵌入された第一及び第二のピストンリングと、第一及び第二のピストンリング間の空間を、スラスト側の空間及び反スラスト側の空間に区画する区画手段と、スラスト側の空間を燃焼室に連通させる連通手段とを具備しており、区画手段は、第一及び第二のピストンリング間に設けられた少なくとも一対の区画部材を具備しており、一対の区画部材の夫々は、ピストンの往復動方向における一方の端部がピストンの往復動方向における他方の端部に対してスラスト側又は反スラスト側に位置するように、ピストンの往復動方向に対して傾斜している。 The reciprocating engine of the present invention is disposed adjacent to each other in the reciprocating direction of the piston, and is provided with first and second ring grooves formed on a side surface of the piston, and first and second ring grooves. Each of the first and second piston rings fitted, partition means for dividing the space between the first and second piston rings into a thrust side space and an anti-thrust side space, and the thrust side space burn Communication means for communicating with the chamber, and the partition means includes at least a pair of partition members provided between the first and second piston rings, and each of the pair of partition members is a piston. Is inclined with respect to the reciprocating direction of the piston so that one end in the reciprocating direction of the piston is positioned on the thrust side or the anti-thrust side with respect to the other end in the reciprocating direction of the piston.

本発明の往復動エンジンによれば、ピストンの往復動において、区画部材によるシリンダの内面の局所的な摩耗を低減することができる。 According to the reciprocating engine of the present invention, it is possible to reduce local wear on the inner surface of the cylinder due to the partition member in the reciprocating motion of the piston.

本発明によれば、区画部材によるシリンダの内面の局所的な摩耗を低減することができる往復動エンジンを提供し得る。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the reciprocating engine which can reduce the local abrasion of the inner surface of the cylinder by a division member can be provided.

図１は、本発明の実施の形態の例の断面説明図である。FIG. 1 is an explanatory cross-sectional view of an example of an embodiment of the present invention. 図２は、図１に示す例のＩＩ−ＩＩ線断面矢視説明図である。2 is an explanatory view taken along the line II-II of the example shown in FIG. 図３は、本発明の実施の形態の他の例の断面説明図である。FIG. 3 is a cross-sectional explanatory view of another example of the embodiment of the present invention. 図４は、図３に示す例のＩＶ−ＩＶ線断面矢視説明図である。4 is an explanatory view taken along the line IV-IV in the example shown in FIG.

以下、本発明の実施形態を図面に示した実施例に基づいて説明する。なお、本発明はこれらの例に何等限定されない。 Embodiments of the present invention will be described below based on examples shown in the drawings. Note that the present invention is not limited to these examples.

図１は、爆発膨張行程におけるピストン３の降下行程初期の様子を示す。本例の往復動エンジン１は、４サイクルガソリンエンジンである。 FIG. 1 shows an initial state of a lowering stroke of the piston 3 in an explosion / expansion stroke. The reciprocating engine 1 of this example is a 4-cycle gasoline engine.

図１及び図２において、本例の往復動エンジン１は、シリンダ２と、シリンダ２内を往復動方向としてのＸ方向に往復動するピストン３と、小端部４でピストンピン４ａを介してピストン３に回動自在に連結しているコンロッド５と、Ｘ方向で互いに隣接して配されており、ピストン３の側面（側周面）６に形成されているリング溝７及び８と、リング溝７及び８に夫々嵌入されたピストンリング９及び１０と、ピストンリング９及び１０間の空間１１を、スラスト側の半環状の空間１２及び反スラスト側の半環状の空間１３に区画する区画手段１４と、スラスト側の空間１２を燃焼室１５に連通させる連通手段１６とを具備している。 1 and 2, a reciprocating engine 1 of this example includes a cylinder 2, a piston 3 that reciprocates in the cylinder 2 in the X direction as a reciprocating direction, and a small end portion 4 via a piston pin 4a. A connecting rod 5 rotatably connected to the piston 3; ring grooves 7 and 8 which are arranged adjacent to each other in the X direction and are formed on a side surface (side circumferential surface) 6 of the piston 3; Partition means for partitioning the piston rings 9 and 10 fitted in the grooves 7 and 8 respectively, and the space 11 between the piston rings 9 and 10 into a semicircular space 12 on the thrust side and a semicircular space 13 on the anti-thrust side 14 and communication means 16 for communicating the thrust-side space 12 with the combustion chamber 15.

シリンダ２は、その内面１７によって規定された円柱状の空間１８を有しており、空間１８には、ピストン３が方向Ｘで往復動自在となるように配されている。シリンダ２には、吸気弁及び排気弁が配設されている。 The cylinder 2 has a cylindrical space 18 defined by its inner surface 17, and the piston 3 is arranged in the space 18 so that the piston 3 can reciprocate in the direction X. The cylinder 2 is provided with an intake valve and an exhaust valve.

ピストン３は、本例では、その側周面６にオイルリング１９を備えている。 In this example, the piston 3 includes an oil ring 19 on the side peripheral surface 6 thereof.

コンロッド５は、その大端部（図示せず）で回転自在なクランクシャフト（図示せず）に連結している。 The connecting rod 5 is connected to a rotatable crankshaft (not shown) at its large end (not shown).

リング溝７及び８は、夫々側周面６に沿って環状となっており、リング溝７は、燃焼室１５を規定しているピストン３の頭部端面（トップ面又は冠面）２３に隣接して配されており、リング溝８は、頭部端面２３との間でリング溝７を挟んで側周面６に配されている。 Each of the ring grooves 7 and 8 has an annular shape along the side peripheral surface 6, and the ring groove 7 is adjacent to the head end surface (top surface or crown surface) 23 of the piston 3 that defines the combustion chamber 15. The ring groove 8 is disposed on the side peripheral surface 6 with the ring groove 7 interposed between the head end surface 23 and the ring groove 8.

ピストンリング（トップリング又はガスリング）９は、頭部端面２３に隣接して配されている。ピストンリング９は、その合口部が区画部材４０及び４１よりも空間１２側に位置するように、リング溝７に配されている。ピストンリング９は、その外周面３４で内面１７に弾性力をもって当接している。 The piston ring (top ring or gas ring) 9 is disposed adjacent to the head end face 23. The piston ring 9 is arranged in the ring groove 7 so that the joint portion is located closer to the space 12 than the partition members 40 and 41. The piston ring 9 is in contact with the inner surface 17 with elastic force at the outer peripheral surface 34.

ピストンリング（セカンドリング又はガスリング）１０は、頭部端面２３との間でピストンリング９を挟んで側周面６に配されている。ピストンリング１０は、その合口部が区画部材４０及び４１よりも空間１３側に位置するように、リング溝８に配されている。ピストンリング１０は、その外周面３９で内面１７に弾性力をもって当接している。 The piston ring (second ring or gas ring) 10 is arranged on the side peripheral surface 6 with the piston ring 9 interposed between the head end surface 23 and the piston ring 9. The piston ring 10 is arranged in the ring groove 8 so that the joint portion is located closer to the space 13 than the partition members 40 and 41. The piston ring 10 is in contact with the inner surface 17 with an elastic force at the outer peripheral surface 39 thereof.

区画手段１４は、ピストンリング９及び１０間に設けられた区画部材４０及び４１と、区画部材４０を内面１７に向かって弾性的に付勢する付勢部材としてのばね４２と、区画部材４１を内面１７に向かって弾性的に付勢する付勢部材としてのばね４３と、ピストンリング９及び１０間に位置して側周面６に配されていると共に、内面１７に向かって凹状となっている溝部４４及び４５とを具備している。 The partition means 14 includes partition members 40 and 41 provided between the piston rings 9 and 10, a spring 42 as a biasing member that elastically biases the partition member 40 toward the inner surface 17, and the partition member 41. A spring 43 as an urging member that urges elastically toward the inner surface 17, and is disposed between the piston rings 9 and 10 and disposed on the side peripheral surface 6, and is concave toward the inner surface 17. Groove portions 44 and 45 are provided.

区画部材４０は、溝部４４によって規定される空間に配されており、区画部材４１は、溝部４５によって規定される空間に配されている。 The partition member 40 is disposed in a space defined by the groove portion 44, and the partition member 41 is disposed in a space defined by the groove portion 45.

区画部材４０及び４１と、ばね４２及び４３と、溝部４４及び４５とは、ピストンピン４ａの軸方向としてのＹ方向で夫々互いに対向して配されている。 The partition members 40 and 41, the springs 42 and 43, and the grooves 44 and 45 are arranged to face each other in the Y direction as the axial direction of the piston pin 4a.

区画部材４０及び４１の夫々は、Ｘ方向においてピストンリング１０側に位置する端部８２がＸ方向においてピストンリング９側に位置する端部８１に対してスラスト側に位置するように、Ｘ方向に対して傾斜して伸びている。ばね４２及び４３並びに溝部４４及び４５の夫々は、区画部材４０及び４１の夫々の長手方向に沿ってＸ方向に対して傾斜して伸びている。 Each of the partition members 40 and 41 is arranged in the X direction so that the end portion 82 located on the piston ring 10 side in the X direction is located on the thrust side with respect to the end portion 81 located on the piston ring 9 side in the X direction. On the other hand, it is inclined and extended. Each of the springs 42 and 43 and the groove portions 44 and 45 extends while being inclined with respect to the X direction along the longitudinal direction of each of the partition members 40 and 41.

連通手段１６は、スラスト側のシリンダ２の内面１７に設けられた連通通路７０を具備しており、連通通路７０は、ピストン３が上死点近傍に位置した際に、空間１２を連通通路７０を介して燃焼室１５に連通させるように配されている。連通通路７０は、本例では、シリンダ２の内面１７に形成された凹部７１に規定されている。 The communication means 16 includes a communication passage 70 provided in the inner surface 17 of the cylinder 2 on the thrust side. The communication passage 70 allows the space 12 to communicate with the communication passage 70 when the piston 3 is located near the top dead center. Is arranged so as to communicate with the combustion chamber 15. In this example, the communication passage 70 is defined by a recess 71 formed in the inner surface 17 of the cylinder 2.

以下、本例の往復動エンジン１の動作について説明する。 Hereinafter, the operation of the reciprocating engine 1 of this example will be described.

圧縮行程の終了後に開始される燃料及び空気の混合気の燃焼行程では、ピストン３が上死点を通過した後であって当該上死点近傍に位置している間に、燃焼ガス９９のガス圧が高まり、高まったガス圧の圧力をピストン３が受けることで下死点に向かって加速すると共に、複数の連通通路７０によりスラスト側の空間１２を燃焼室１５に連通させてスラスト側の空間１２に燃焼ガス９９を導入する。ここで、ピストン３から、Ｘ方向に対して傾斜しているコンロッド５に往動力が与えられることによってピストン３にスラスト側に向かう側圧力が与えられるが、当該側圧力に抗して、空間１２に導入した燃焼ガス９９のガス圧によりピストン３に反スラスト側に向かう抗側圧力を与えて、当該ピストン３をガスフロートさせる。このようにして、燃焼行程時に生じるピストンリング９及び１０とシリンダ２の内面１７との間のスラスト側における摺動摩擦抵抗を低減する。尚、燃焼行程では、ピストン３は、下死点近傍まで往動する。燃焼行程の終了後に開始される燃焼ガス９９の排気行程においても、図８に示すように、上述の燃焼行程で、空間１２に導入された燃焼ガス９９のガス圧に基づく前記抗側圧力が維持され、ピストン３がガスフロートされていることにより、当該ピストン３のＹ方向に直交する面内における揺動を抑えている。 In the combustion stroke of the mixture of fuel and air that is started after the end of the compression stroke, the gas of the combustion gas 99 is present after the piston 3 passes through the top dead center and is located in the vicinity of the top dead center. The pressure is increased and the piston 3 receives the increased gas pressure to accelerate toward the bottom dead center, and the thrust side space 12 is communicated with the combustion chamber 15 by the plurality of communication passages 70, thereby the thrust side space. The combustion gas 99 is introduced into 12. Here, when the forward power is applied from the piston 3 to the connecting rod 5 that is inclined with respect to the X direction, a side pressure toward the thrust side is applied to the piston 3. The piston 3 is gas floated by applying a counter pressure toward the anti-thrust side to the piston 3 by the gas pressure of the combustion gas 99 introduced into the piston 3. In this way, the sliding frictional resistance on the thrust side between the piston rings 9 and 10 and the inner surface 17 of the cylinder 2 generated during the combustion stroke is reduced. In the combustion stroke, the piston 3 moves forward to near the bottom dead center. Also in the exhaust stroke of the combustion gas 99 started after the end of the combustion stroke, the anti-side pressure based on the gas pressure of the combustion gas 99 introduced into the space 12 is maintained in the above-described combustion stroke as shown in FIG. In addition, since the piston 3 is gas floated, the oscillation of the piston 3 in the plane orthogonal to the Y direction is suppressed.

往復動エンジン１の連通手段１６は、例えば図３に示すように、連通通路７０を複数具備していてもよく、斯かる複数の連通通路７０は、ピストン３が上死点近傍に位置した際に、空間１２を連通通路７０を介して燃焼室１５に連通させるように配される。 The communication means 16 of the reciprocating engine 1 may include a plurality of communication passages 70 as shown in FIG. 3, for example, when the piston 3 is located near the top dead center. In addition, the space 12 is arranged to communicate with the combustion chamber 15 via the communication passage 70.

往復動エンジン１の区画手段１４は、例えば図４に示すように、リング溝８を規定する底面５４と底面５４に対向するピストンリング１０の内周面５５との間に生じる隙間を介して空間１２及び１３が互いに連通するのを阻止するように、リング溝８に配された阻止部材５６及び５７と、リング溝８に配されていると共に、阻止部材５６及び５７をピストンリング１０の内周面５５に向かって夫々弾性的に押圧する押圧部材としてのコイルばね５８及び５９と、底面５４に配されており、ピストンリング１０の内周面５５に向かって凹状となっている凹状部（穴部）６０及び６１とを更に具備していてもよい。 For example, as shown in FIG. 4, the partition means 14 of the reciprocating engine 1 has a space through a gap formed between a bottom surface 54 that defines the ring groove 8 and an inner peripheral surface 55 of the piston ring 10 that faces the bottom surface 54. The blocking members 56 and 57 disposed in the ring groove 8 and the blocking member 56 and 57 are disposed in the ring groove 8 so as to block the communication of the pistons 12 and 13 with each other. Coil springs 58 and 59 as pressing members that elastically press toward the surface 55 and a concave portion (hole) disposed on the bottom surface 54 and concave toward the inner peripheral surface 55 of the piston ring 10. Part) 60 and 61 may be further provided.

阻止部材５６及び５７の夫々は、本例では、円柱状のピンからなっている。 Each of the blocking members 56 and 57 is a cylindrical pin in this example.

阻止部材５６及びコイルばね５８は、凹状部６０によって規定される空間に配されており、阻止部材５７及びコイルばね５９は、凹状部６１によって規定される空間に配されている。 The blocking member 56 and the coil spring 58 are disposed in a space defined by the concave portion 60, and the blocking member 57 and the coil spring 59 are disposed in a space defined by the concave portion 61.

阻止部材５６及びコイルばね５８は、Ｘ方向において区画部材４０の端部８２に隣接して配されており、阻止部材５７及びコイルばね５９は、Ｘ方向において区画部材４１の端部８２に隣接して配されている。 The blocking member 56 and the coil spring 58 are disposed adjacent to the end portion 82 of the partition member 40 in the X direction, and the blocking member 57 and the coil spring 59 are adjacent to the end portion 82 of the partition member 41 in the X direction. Are arranged.

斯かる阻止部材５６及び５７等を更に具備した区画手段１４によれば、阻止部材５６及び５７の夫々をリング溝８に配し、且つ、これらをコイルばね５８及び５９によって夫々弾性的に押圧することで、往復動エンジン１の各作動行程において、空間１２及び１３がリング溝８を介して連通することを阻止すると共に、区画部材４０及び４１をピストンリング９及び１０間に夫々配し、且つ、これらをばね４２及び４３によって夫々弾性的に押圧することで、往復動エンジン１の各作動行程において、空間１２及び１３が互いに連通することを阻止することができ、更に、例えば、ピストン３がガス圧及び慣性力によりＹ方向に直交する面内で回転運動した場合にあっても、阻止部材５６及び５７と、ピストンリング１０との間に隙間が生じることをなくすことができると共に、区画部材４０及び４１とシリンダ２の内面１７との間に隙間が生じることをなくすことができるため、スラスト側の空間１２に導入された燃焼ガスのガス圧を維持することができる。 According to the partition means 14 further provided with such blocking members 56 and 57, etc., each of the blocking members 56 and 57 is arranged in the ring groove 8 and elastically pressed by the coil springs 58 and 59, respectively. Thus, in each operation stroke of the reciprocating engine 1, the spaces 12 and 13 are prevented from communicating via the ring groove 8, and the partition members 40 and 41 are disposed between the piston rings 9 and 10, respectively. These are elastically pressed by the springs 42 and 43, respectively, to prevent the spaces 12 and 13 from communicating with each other in each operation stroke of the reciprocating engine 1. Further, for example, the piston 3 Even when the gas pressure and inertia force cause a rotational movement in a plane perpendicular to the Y direction, a gap is generated between the blocking members 56 and 57 and the piston ring 10. In addition, since it is possible to eliminate a gap between the partition members 40 and 41 and the inner surface 17 of the cylinder 2, the gas pressure of the combustion gas introduced into the thrust-side space 12 is maintained. can do.

本例の往復動エンジン１によれば、Ｘ方向で互いに隣接して配されており、ピストン３の側周面６に形成されているリング溝７及び８と、リング溝７及び８に夫々嵌入されたピストンリング９及び１０と、ピストンリング９及び１０間の空間１１を、スラスト側の空間１２及び反スラスト側の空間１３に区画する区画手段１４と、スラスト側の空間１２を燃焼室１５に連通させる連通手段１６とを具備しており、区画手段１４は、ピストンリング９及び１０間に設けられた少なくとも一対の区画部材４０及び４１を具備しており、区画部材４０及び４１の夫々は、Ｘ方向における一方の端部８２がＸ方向における他方の端部８１に対してスラスト側に位置するように、Ｘ方向に対して傾斜しているために、区画部材４０及び４１との摺動におけるシリンダ２の内面１７の局所的な摩耗を低減することができる。 According to the reciprocating engine 1 of this example, they are arranged adjacent to each other in the X direction, and are fitted into the ring grooves 7 and 8 formed on the side peripheral surface 6 of the piston 3 and the ring grooves 7 and 8, respectively. The piston rings 9 and 10, the partitioning means 14 for dividing the space 11 between the piston rings 9 and 10 into a thrust-side space 12 and an anti-thrust-side space 13, and the thrust-side space 12 into the combustion chamber 15. Communication means 16 for communication, and the partition means 14 includes at least a pair of partition members 40 and 41 provided between the piston rings 9 and 10, and each of the partition members 40 and 41 includes: Since one end 82 in the X direction is inclined with respect to the X direction so that it is located on the thrust side with respect to the other end 81 in the X direction, it slides on the partition members 40 and 41. Oh Localized wear of the inner surface 17 of the cylinder 2 can be reduced that.

上記では、区画部材４０及び４１の夫々の端部８２が端部８１に対してスラスト側に位置するようにして区画部材４０及び４１をＸ方向に対して傾斜させたが、これに対して端部８２が端部８１に対して反スラスト側に位置するようにして区画部材４０及び４１をＸ方向に対して傾斜させてもよく、更には、区画部材４０と区画部材４１とを反対方向に傾斜させてもよい。 In the above description, the partition members 40 and 41 are inclined with respect to the X direction so that the end portions 82 of the partition members 40 and 41 are positioned on the thrust side with respect to the end portion 81. The partition members 40 and 41 may be inclined with respect to the X direction so that the portion 82 is located on the opposite side to the end portion 81. Further, the partition member 40 and the partition member 41 are opposite to each other. It may be inclined.

１往復動エンジン
３ピストン
７、８リング溝
９、１０ピストンリング
１１、１２、１３空間
１４区画手段
１５燃焼室
１６連通手段
４０、４１区画部材
８１、８２端部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Reciprocating engine 3 Piston 7, 8 Ring groove 9, 10 Piston ring 11, 12, 13 Space 14 Compartment means 15 Combustion chamber 16 Communication means 40, 41 Compartment member 81, 82 End part

Claims

The first and second ring grooves, which are arranged adjacent to each other in the reciprocating direction of the piston, and are respectively fitted in the first and second ring grooves formed on the side surface of the piston. Two piston rings, partition means for dividing a space between the first and second piston rings into a thrust side space and an anti-thrust side space, and a communication means for communicating the thrust side space with the combustion chamber. The partition means includes at least a pair of partition members provided between the first and second piston rings, and each of the pair of partition members has one end in the reciprocating direction of the piston. The reciprocating engine which inclines with respect to the reciprocating direction of a piston so that a part may be located in a thrust side or an anti-thrust side with respect to the other end part in the reciprocating direction of a piston.